O que é um motor de relutância chaveada?
Princípio de funcionamento
Um motor de relutância chaveada (SRM) tem polos salientes tanto no estator quanto no rotor. O estator leva bobinas concentradas simples; o rotor é só aço empilhado, sem ímãs, sem gaiola e sem enrolamentos. Quando uma fase do estator é energizada, os polos do rotor mais próximos são puxados para se alinhar com ela e encurtar o caminho magnético, e essa atração é o torque. Depois as fases são energizadas uma após a outra, e o rotor segue perseguindo o par de polos ativo.
Torque e indutância
O torque de uma fase é T = ½·i²·dL/dθ. Ele é positivo enquanto a indutância da fase cresce, quando um polo do rotor se aproxima do polo do estator, e negativo enquanto ela cai. Como a corrente está ao quadrado, o sentido do torque não depende do sentido da corrente, e cada fase precisa apenas de corrente unipolar. Por isso o conversor pode ser uma meia ponte assimétrica com duas chaves e dois diodos por fase, que nunca coloca o barramento CC em curto.
Ângulos de ligação e desligamento
O conversor aplica +V a uma fase do ângulo de ligação ao de desligamento e depois −V até a corrente voltar a zero. Em baixa velocidade a corrente sobe rápido e é cortada para manter uma referência. Em alta velocidade há pouco tempo, a corrente não chega à referência e sobra um pulso único, de modo que o torque cai aproximadamente com o quadrado da velocidade. Um desligamento tardio deixa corrente onde a indutância diminui e freia o rotor.
Ondulação de torque e aplicações
O torque chega em pulsos, um por passo, então a ondulação é grande, assim como a vibração e o ruído acústico. Uma máquina 8/6 de quatro fases sobrepõe seus passos e funciona com mais suavidade que uma 6/4 de três. Em troca, o rotor é barato e robusto, aguenta temperaturas e velocidades muito altas, e a falha de uma fase não para a máquina. É usado em aspiradores, máquinas têxteis, starter-geradores de aeronaves e tração.
Perguntas frequentes
- Por que um motor de relutância chaveada não precisa de ímãs?
- O rotor é puxado para qualquer polo do estator energizado porque o fluxo magnético segue o caminho de menor relutância, então não é preciso campo no rotor. O torque segue ½·i²·dL/dθ e não depende do sinal da corrente. No simulador, o gráfico do ciclo mostra o torque aparecendo só enquanto a indutância cresce.
- Por que a ondulação de torque de um SRM é tão grande?
- Cada fase dá um pulso de torque em apenas parte do passo polar do rotor, e o pulso acompanha a corrente enquanto sobe e decai. Quando os pulsos de fases vizinhas se sobrepõem mal, o torque total cai entre eles. Passe de 6/4 para 8/6 e compare a curva de torque: a ondulação diminui porque mais fases dividem cada passo.
- O que acontece se a fase for desligada tarde demais?
- A corrente não cai instantaneamente: ela decai sob −V enquanto os polos se aproximam do alinhamento. Se ainda circula depois do alinhamento, a indutância está caindo, e a mesma corrente produz torque negativo que freia o rotor e desperdiça energia. Mova o ângulo de desligamento para 0° e além, e observe a parcela de torque negativo e o rendimento.